VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỦ THÔNG TIN MỞ ĐÒ ÁN TÔT NGHIỆP ĐÈ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG AN NINH ỨNG DỤNG TRONG SMART HOME Giăng viên hướng dẫn TS ĐẶNG HẢI ĐĂNG Sinh viên thực hiện LÊ VĨNH.
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỦ THƠNG TIN MỞ ĐỊ ÁN TƠT NGHIỆP ĐÈ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG AN NINH ỨNG DỤNG TRONG SMART HOME Giăng viên hướng dẫn : TS ĐẶNG HẢI ĐĂNG Sinh viên thực : LÊ VĨNH THÀNH Lóp : K16B Khóa : 2013-2017 Hệ : Đại Học Chính Quy Hà Nội, tháng 05/2017 ri MỎ ĐẦU Ngày với phát triến vũ bão khoa học công nghệ kéo theo phát triền mạnh mẽ Điện-Điện Tử Công nghệ thông tin tạo bước ngoặt việc phát triền ứng dụng phục vụ cho sống nhu cầu cúa người Là sinh viên cùa ngành kỹ thuật trường, q trình thực tập q trình khơng tốt để tim hiếu, nghiên cứu khoa học công nghệ, nghiên cứu kiến thức đê tạo tiền đe cho việc làm đồ án tốt nghiệp nâng cao tích lũy kiến thức bàn thân Kiến thức năm học có thề nhiều khơng đũ đề vừng tin bước thực tế làm việc Trong thời thời gian năm học tiếp thu kiến thức quý báu , kinh nghiệm thầy mà cịn tiếp thu học tập kỹ năng, cách tư việc phân tích xử lý cơng việc Vì q trình thực tập q trình vơ quan giúp mồi tồng hợp trau dồi kiến thức Biết điềm mạnh mà phát huy, biết điếm yếu mà nghiên cứu học tập Đó q trình giúp định hướng cơng việc sau chia khóa đến thành cơng Trong q trình thực tập, em nghiên cứu việc ứng dụng module SIM 900A đế nhằm đàm bào an ninh nhà Đây vấn đề có ứng dụng vơ hữu ích sống hàng ngày, hệ thống giúp đảm bão an ninh cho ngơi nhà bàn thân Đặc biệt em xin gưi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo T.s Đặng Hài Đăng tận tình hướng dẫn trình làm đồ án tốt nghiệp LÒI CẢM ƠN Lời cho cm xin gửi lời cảm ơn tới quý thầy, cô giáo Viện Đại Học Mớ Hà Nội, thầy giáo, cô giáo cúa khoa Công Nghệ Điện Tử Thông Tin nhiệt tinh giáng dạy truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý giá suốt trình học tập mái nhà chung Viện Đại học Mở Hà Nội Đặc biệt em xin gừi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo T.s Đặng Hái Đãng hướng dần giúp đỡ em nhiệt tinh thời gian thực tập định hướng làm đồ án tốt nghiệp Qua em xin kính chúc q thầy, giáo Viện Đại Học Mở Hà Nội, đặc biệt thầy, giáo khoa Cơng Nghê Điện Từ Thơng tin có sức khóe dồi dào, gặp nhiều may mắn sống gặt hái nhiều thành công công giảng dạy nghiệp trồng người Em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, người ung hộ em đường học tập, giúp đỡ em suốt trinh làm đồ án Em xin chân thành cám ơn! MỤC LỤC MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN NHẬN XÉT DANH MỤC CÁC BẢNG B1ÉU .5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ .6 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐÈ TÀI 1.1 Tình hình thực tế hệ thống nhà thơng minh 1.2 Giói thệu đề tài 1.3 Ý nghĩa đề tài 10 1.4 Mục đích phưong pháp nghiên cứu 11 1.5 Giói hạn đề tài 11 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG NHÀ THƠNG MINH VÀ THIẾT KÉ HỆ THĨNG AN NINH CHO NGÔI NHÀ 13 2.1 Giói thiệu hệ thống nhà thơng minh 13 2.2 Các hệ thống nhà thông minh .14 2.3 Thiết kế hệ thống an ninh cho nhà .17 CHƯƠNG III: CÁC LINH KIỆN sử DỤNG 19 3.1 Module SIM900A 19 3.2 PIC 16F877 30 3.3 Cảm biến tiệm cận 40 3.4 Cảm biến khí gas MQ2: 42 3.5 Cảm biến nhiệt độ LM35: .43 3.6 Loa, đèn báo động: 43 3.7 Kết nối thiết bị vói 44 KẾT LƯẶN 46 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 DANH MỤC CÁC BẢNG BIẺU Báng 3.1 Định nghĩa chân giao diện nôi tiếp Báng 3.2 Định nghĩa chân giao diện âm Báng 3.3 Định nghĩa chân giao diện SIM Bảng 3.4 Bảng sơ đồ chân cúa SIM 900 Báng 3.5 Định nghĩa chân giao diện LCD Bảng 3.6 Định nghĩa chân giao diện bàn phím Báng 3.7 Định nghĩa chân giao diện GPIO Bàng 3.8 Định nghĩa chân PWM Báng 3.9 Định nghĩa chân I2C Bus DANH MỤC CÁC HÌNH VẺ ĐỊ THỊ Hình 1.1 Mơ hình hệ thống nhà thơng minh Hình 1.2 Sơ đồ kết nối thiết bị nhà thơng minh Hình 2.1 Hệ thống nhà thơng minh Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống an ninh cho ngơi nhà Hình 3.1 Module SIM900 Hình 3.2 Sơ đồ chân SIM900 Hình 3.3 Ket nối giao diện nối tiếp Hình 3.4 Sơ đồ mạch ghép nối chân thẻ SIM Hình 3.5 Sơ đồ ghép nối bàn phim Hình 3.6 Module SIM900A Hình 3.7 Kết nối VĐK với SIM900A Hình 3.8 Mạch nguồn dùng cho Module SIM900A Hình 3.9 Test module SIM Hình 3.10 Sơ đồ chân cùa PIC 16F877A Hình 3.11 Sơ đồ khối PIC 16F877A Hình 3.12 Tố chức ghi PIC16F877A Hình 3.13 Bộ định thời timerO Hình 3.14 Bộ định thời timer Hình 3.15 Cảm biến tiệm cận Hình 3.16 Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm Hình 3.17 Cảm biến tiệm cận kiểu điện dụng Hình 3.18 Lựa chọn cảm biến tiệm cận Hình 3.19 Cảm biển khí gas MQ2 Hình 3.20 Cảm biến nhiệt độ LM35 Hình 3.21 Loa báo động Hình 3.22 Đèn báo động Hình 3.23 Sơ đồ ghép nối thiết bị với CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐÈ TÀI 1.1 Tình hình thực tế hệ thống nhà thông minh Nhà thông minh (smart home Intellihome) kiểu nhà lắp đặt thiết bị điện, điện tứ có tác dụng tự động hố hồn tồn bán tự động, thay người việc thực thao tác quăn lư, điều khiến Nhà thông minh ứng dụng nhiều giới năm gan xuất nhiều Việt Nam Ví dụ Triến lãm thành tựu kinh tế - xã hội Việt Nam Thăng Long - Hà Nội 2010, Bkav giới thiệu Hệ thống nhà thông minh SmartHomc Đây công trình cơng nghệ cao hồn tồn kỹ sư chuyên gia cùa Công ty đau tư phát triển công nghệ nhà thông minh Bkav SmartHome (công ty thành viên cùa Bkav) nghiên cứu sán xuất; Trường ĐH Công nghệ (ĐHỌG Hà Nội) thành công với đề tài nghiên cứu nhà thông minh thuộc K.C.03/06-10; Hay Cisco Systems Việt Nam đà đưa thị trường giải pháp tịa nhà thơng minh CCRE (Cisco Connected Real Estate); gần hội tháo Giải pháp nhà thông minh Công ty cổ phần Biển Bạc phối hợp với đối tác tố chức vào ngày 23/02/2011 Hà Nội thu hút đơng đào khách quan tâm tham dự Hình Ị ỉ: Mơ hình hệ thống nhà thơng minh Hiện thị trường có nhiều hãng cung cấp sản phấm an ninh, giám sát có tính đại, thông minh, công nghệ cao Tuy nhiên, thiết bị an ninh giám sát thơng minh thường phãi liên quan đến phan mềm mồi hãng lại có phần mềm khác đế đáp ứng nhu cầu thị hiếu nhiều khách hàng khác Đo đó, khó khăn cùa hãng vào thị trường Việt Nam khó cung cấp đầu tư đồng Các chủ đầu tư khơng chì mua sản phẩm hãng mà phải mua cùa nhiều hãng khác Vi vậy, cần có tích hợp, đồng hãng để đáp ứng nhu cầu cúa người dùng Giải tốn nói trên, thị trường nước doanh nghiệp Việt Nam đà tích hợp hệ thống an ninh giám sát hãng thành hệ thống hoàn thiện Nhiều doanh nghiệp phát triền phần mềm thơng minh, tích hợp hệ thống, hiểu lẫn Hoặc nay, công nghệ an ninh giám sát chế tạo để dành cho nhiều người sử dụng nước, với ngôn ngữ khác như: Anh, Pháp, Trung Quốc, Nga có cà ngơn ngữ tiếng Việt Và phần mềm tích hợp thơng minh phải giải việc giải nghĩa, dịch loại ngơn ngữ đó, đe người dùng quốc gia nào, ngơn ngừ lựa chọn cho phù hợp với điều kiện, hồn cánh cùa Trở lại khứ, đà trải qua suốt thời gian dài chiến tranh bảo vệ Tổ quốc nên hau không tiếp cận với công nghệ mới, thiết bị đại cùa the giới Trong đó, nhiều quốc gia láng giềng, giới ứng dụng phát triển mạnh công nghệ Chỉ sau chiến tranh kết thúc sau Việt Nam gia nhập WTO, hội nhập mạnh mẽ vào hiệp hội, tổ chức có quy mơ quốc tế, tồn cầu có hội tiếp cận, giao lưu thương mại Hội nhập kinh tc the giới đồng nghĩa với việc hàng hóa Việt Nam phát triển mạnh xuất khấu nước ngồi ngược lại có thề nhập khấu hàng hóa từ nước ngồi vào Việt Nam, có mặt hàng cơng nghệ, thiết bị đại phục vụ sán xuất nhu cầu người dân, đàm báo trinh độ công nghẹ tiến kịp, tương đương với nước khu vực toàn giới Ngày nay, xã hội đại, khoa học kỹ thuật phát triển thi sống cùa người đầy đủ tiện nghi việc ứng dụng tự động hóa rộng rãi Trong nhà thông minh, đồ dùng nhà từ phòng ngũ, phòng khách đến toilet gắn điều khiến điện từ có thề kết nối với Internet điện thoại di động, cho phép chù nhân điều khiển vật dụng từ xa lập trinh cho thiết bị nhà hoạt động theo lịch Thêm vào đó, đồ gia dụng hiếu ngơn ngừ có khả tương tác với Ví dụ, Biệt thự Thái Bình Dương Bill Gates, mệnh danh "ngôi nhà thông minh" lịch sử loài người nghĩa đcn nghĩa bóng, có hệ thống trang, thiết bị điện tử tinh vi, đại phức tạp bố trí nội thất bên Tuy nhiên, có điều nhận thấy giái pháp qn lý ngơi nhà thơng minh tịa nhà thơng minh tập đoàn lớn hay doanh nghiệp nhỏ cung cấp phụ thuộc nhiều vào chất lượng dịch vụ viễn thông, bao gồm mạng điện thoại mạng Internet tốc độ cao Hình 1.2: Sơ đồ kết nối thiết bị nhà thông minh Ước mơ có ngơi nhà thơng minh điều xa vời mồi Neu muốn, bạn có the tìm đến nhà cung cấp thiết bị analog PORTA • PORTE (địa chì 0911) TRISE (địa chi 8911): liên quan đến ngõ vào analog PORTE 3.2.8 Bộ so sánh Comparater Bộ so sánh bao gồm hai hiệu so sánh tín hiệu analog đặt PORTA Ngõ vào so sánh chân RA3:RA0, ngõ hai chân RA4 RA5 Thanh ghi điều khiển so sánh CMCON Các bit CM2:CM0 ghi CMCON đóng vai trị chọn lựa chế độ hoạt động cho comparator Các ghi liên quan đen so sánh bao gồm: • CMCON (địa chi 9CI1) CVRCON (địa chi 9D11): xác lập thơng số cho • Thanh ghi INTCON (địa chi OBh, 8B11, lOBh, 18B11): chứa bít cho • Thanh ghi PIR2 (địa chi ODh): chứa cờ ngắt cùa so sánh (CMIF) • Thanh ghi PIE2 (địa chi 8D11): chứa bit cho phép so sánh (CNIE) • Thanh ghi PORTA (địa chì 0511) TR1SA (địa 8511): ghi điều so sánh phép ngắt (GIE PEIE) khiển PORTA 3.2.9 Ngắt (interrupt) P1C16F877A có đến 15 nguồn tạo hoạt động ngắt điều khiến ghi INTCON (bit GIE) Bên cạnh ngắt cịn có bít điều khiến cờ ngắt riêng.Các cờ ngắt set binh thường thòa mãn điều kiện ngắt xảy bất chấp trạng thái bit G1E, nhiên hoạt động ngắt phụ thuộc vào bit G1E bit điều khiển khác Bít điều khiến ngắt RBO/INT TMRO nam ghi INTCON, ghi cịn chứa bít cho phép ngắt ngoại vi PEIE Bít điều khiên ngắt nằm ghi P1E1 PIE2 Cờ ngắt ngắt nam ghi PIR1 PIR2 Trong thời điểm chi có chương trình ngắt thực thi, chương trình ngắt kết thúc lệnh RETFIE Khi chương trình ngắt thực thi, bit GIE tự động xóa, địa chi lệnh chương trình cất vào nhớ Stack đếm chương trinh chi đến địa chi 000411 Lệnh RETFIE dùng để thoát khỏi chương trinh ngắt quay trở chương trình chính, đồng thời bit G1E set đế cho phép ngắt hoạt động trở lại Các cờ hiệu dùng để kiếm tra ngắt xảy phải xóa bàng chương trinh trước cho phép ngắt tiếp tục hoạt động trở lại để ta phát thời diem mà ngắt xây Đối với ngắt ngoại vi ngắt từ chân INT hay ngát từ thay đồi trạng thái pin cùa PORTB (PORTB Interrupt on change), việc xác định ngắt xáy cần chu ki lệnh tùy thuộc vào thời điểm xảy ngắt 3.3 3.3.1 Cảm biến tiệm cận Đặc điếm cảm biến tiệm cận • Phát vật khơng cần tiếp xúc • Tốc độ đáp ứng cao • Đầu sensor nhó lắp nhiều nơi • Có sử dụng mơi trường khắc nghiệt Hình 3.15: Cám biến tiệm cận 3.3.2 Các loại cảm biến tiệm cận • Điện cảm: Chi phát kim loại • Điện dung: Phát vật 3.3.3 Nguyên lý hoạt động Càm biến tiệm cận kiều điện cảm phát suy giảm từ tính dịng điện xoáy sinh bề mặt vật dẫn từ trường Trường điện từ xoay chiều sinh cuộn dây thay đổi trở kháng phụ thuộc vào dịng điện xốy bề mặt vật kim loại phát Hình 3.16: Cám biến tiệm cận kiếu điện càm Nguyên lý làm yièc câm biền tiêm cân kiêu điên cám Một phương pháp khác đổ phát vật nhôm nhờ phát pha cúa tần số Tất cà càm biến phát kim loại sử dụng cuộn dây đế phát thay đối điện cảm Ngồi cịn có loại căm biến đáp ứng xung, loại phát dịng điện xốy dạng xung phát so lần thay đối dịng điện xốy với điện áp sinh cuộn dây Vật cần phát cảm biến tiến gần giồng tượng cảm ứng điện từ máy biến áp CẢM BIẾN CÃM BIÉN Hình 3.17: Cám biến tiệm cận kiểu điện dung Nguyên lý phát hiên cùa cám biến điên dung Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung phát thay đối điện dung cảm biến đối tượng cần phát Giá trị điện dung phụ thuộc vào kích thước khoảng cách cùa đối tượng Một cảm biến tiệm cận điện dung thông thường tương tự tụ điện với bàn điện cực song song, điện dung thay đối bàn cực phát Một điện cực đối tượng cần phát bề mặt cùa cảm biến Đối tượng có thồ phát phụ thuộc vào giá trị điện môi cùa chủng 3.3.4 Chọn cảm biến cảm ứng Ket luận: Neu muốn chọn cảm biến tiệm cận cho ứng dụng, cần phâi lưu ý đến so điều sau: Lớp kim loại xung quanh Đối tượng cảm biên Cảm biến tiệm cận Khoảng cách phát Hình 3.18: Lựa chọn cám biến tiệm cận Điều kiện cụ vật (loại kim loại, kích thước, lớp mạ) • Hướng chuyến động cùa mục tiêu • Vận tốc mục tiêu • Anh hường cùa kinh loại xung quanh • Ánh hướng nhiệt độ, điện áp, EMC, độ rung, va chạm, độ ấm, dầu, bột, hóa chat chất tẩy rửa • Khống cách phát bắt buộc 3.4 Cảm biến khí gas MQ2: Hình ỉ 9: Cùm hiến khí gas MQ2 3.5 Cảm biến nhiệt độ LM35: Hình 3.20: Cảm hiến nhiệt độ LM35 3.6 Loa, đèn báo động: Hình 3.21: Loa báo động Hình 3.22: Đèn báo động 3.7 Kết nối thiết bị vói Thiết bị kết nối: • PIC 16F877A • SIM 900A • Cám biến: tiệm cận khí gas, nhiệt độ, • Loa , địn báo • Điện thoại di động Sơ đồ ghép nối: Hình 3.23: Sơ ghép nói thiết bị với Hệ thống cảnh báo chống trộm gom trung tâm cảnh báo càm biến báo trộm, báo cháy Chúng ta dử dụng hệ thống cành báo khơng dây có dây Đối với quy mơ gia đình, khoảng cách cảm biến khơng q xa trung tâm cảnh báo bạn nên sử dụng hệ thống khơng dây để tăng tính tùy biến Trung tâm cảnh báo: nhận tín hiệu cành báo từ cám biến Một cám biến bất ki phát yếu tố gây báo động truyền tín hiệu ho trung tâm, trung tâm định đưa cảnh báo hay khơng Vị trí đặt trung tâm tốt vị trí trung gian cảm biến Điều giúp hiệu thu nhận tín hiệu tốt Phải có đường điện thoại kết nối đến trung tâm phái gắn SIM điện thoại GSM ( trung tâm có hỗ trọ SIM GSM) để trung tâm có thề thực việc gọi điện cành báo có cố xáy KÉT LUẬN Với thời gian lượng kiến thức có hạn, đề tài em chi thực thi phần nhò cùa hệ thống : “thiết kế hệ thống an ninh nhà thông qua tin nhắn SMS” • Hệ thống tự động báo động cách gứi tin nhắn SMS tới người điều khiến có người lạ đột nhập • Hệ thống cịn tích hợp cảm biến nhiệt độ, căm biến khí gas nhằm đảm bào an tồn cho người gia đình • Ngồi cịn có hệ thống báo động (loa) gửi tin nhắn SMS để điều khiển như: tắt hệ thong báo động chuyển sang chế độ khác Tuy nhiên đế thực thi hệ thống nhà thông minh, điều khiến thiết bị thông qua tin nhan SMS áp dụng cho ngơi nhà hồn chinh phức tạp tốn Đe đáp ứng tất cã điều kiện cần có lượng thời gian kiến thức định Trong trinh làm đồ án tốt nghiệp em không tránh khỏi hạn chế , sai xót Em mong góp ý thầy bạn đế xây dựng ngơi nhà thơng minh hoàn chỉnh tương lai Em xin chân thành cảm ơn ! DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Th.s Trần Thu Hà (chủ biên), K.S Phạm Quang Huy , Tự động hóa cơng nghiệp với winCC, Nxb Hồng Đức Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Vinh , Vũ Vân Hà, Tự động hóa với Simatic S7-200, Nxb Khoa học kĩ thuật http://smart-techvn.com/9216-huong-dan-lap-trinh-module-sim900a-vaarduino.html http://www.dientuvietnam.net/forums/forum/cơ-sờ-Điện-Điện-tứ Các tài liệu , giáo trình hình ảnh tái từ mạng Internet indrecl (,) TMRO pq, STATUS F8R PORTS Tt • I ^ỎÃTA : 'N~CON -ru" ••■ĩ- P1R1 PIR2 •Mi-ii TMR1M TtCON p.l&l T2CON SSPBur ềảKĨ* CCPR1L CCPR1H SL Hình 3.12: Tổ chức ghi PIC 16F877A Bộ nhớ liệu (Data memory): Bộ nhớ liệu PIC16F877A nhớ EEPROM chia làm nhiều bank Đối với PIC16F877A nhớ dừ liệu chia làm bank Mỗi bank có dung lượng 128 byte, bao gồm ghi có chức đặc biệt SFG (Special Function Register) nằm vùng địa chi thấp ghi mục đích chung GPR (General Purpose Register) nam vùng địa chi lại bank Các ghi SFR thường xuyên sử dụng (ví dụ ghi STATUS) đặt tất cã bank nhớ liệu giúp thuận tiện trình truy xuất làm giảm bớt lệnh chương trinh ... THIỆU HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH VÀ THIẾT KÉ HỆ THĨNG AN NINH CHO NGƠI NHÀ 13 2.1 Giói thiệu hệ thống nhà thông minh 13 2.2 Các hệ thống nhà thông minh .14 2.3 Thiết kế hệ thống an ninh. .. nhu cầu sinh hoạt hang ngày • Hệ thống giải trí đa phương tiện kết hợp với hệ thống chiếu sáng nhằm đem lại giây phút thư giãn cho thành viên gia đình 2.3 Thiết kế hệ thống an ninh cho nhà 2.3.1... Bus DANH MỤC CÁC HÌNH VẺ ĐỊ THỊ Hình 1.1 Mơ hình hệ thống nhà thơng minh Hình 1.2 Sơ đồ kết nối thiết bị nhà thơng minh Hình 2.1 Hệ thống nhà thơng minh Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống an ninh cho